Кіріспе
Компьютерлік талдау құралы
Микросимуляция – бұл жеке тұлғалар деңгейіндегі автомобиль жолының қиылыстан өтуі, қаржылық операциялар немесе патогендердің халық арасында ауру таратуы сияқты әрекеттерді талдау үшін компьютерлік талдау құралдарын пайдалану. Синонимдері – микроаналитикалық симуляция және микроскопиялық симуляция. Микросимуляция, стохастикалық немесе ережеге негізделген құрылымдарға баса назар аударатынын ескере отырып, көп агентті симуляцияның ұқсас, бірақ толықтыратын әдісімен шатастырылмауы керек, ол жеке тұлғалардың мінез-құлқына көбірек назар аударады. Мысалы, қиылыстағы бұрылыс қатарын ұзартудың тиімділігін бағалау үшін жол қозғалысын микросимуляциялау моделін қолдануға болады, осылайша қатарды ұзартуға ақша жұмсаудың мақұлдығын анықтауға көмектеседі.
Кіріспе
Микросимуляция компьютерлік модельдеудің басқа түрлерінен адамдар немесе көліктер сияқты жеке бірліктердің өзара әрекеттесуін қарастыру арқылы ерекшеленеді. Әрбір бірлік автономды құрылым ретінде қарастырылады және бірліктердің өзара әрекеттесуі стохастикалық (көп нүктені сандық түрде белгілеу) параметрлерге байланысты өзгеріп отыруы мүмкін. Бұл параметрлер жеке адамдардың қалаулары мен бейімділіктерін көрсетуге арналған. Мысалы, көлік үлгісінде кейбір жүргізушілер сақтықпен әрекет етеді және бұрылу үшін үлкен аралық күтеді, ал басқалары агрессивті болып, кішкентай аралықты қабылдайды. Сол сияқты, денсаулық сақтау үлгісінде адамдардың вирустың әсеріне төзімділігі, сондай-ақ вирус таралуына ықпал ететін жеке әдеттері (мысалы, қолды қаншалықты жиі және мұқият жуу) әртүрлі болуы мүмкін. Халықаралық микросимуляция қауымдастығы микросимуляцияны адамдар, үй шаруашылықтары, көлік құралдары немесе фирмалар сияқты жеке бірліктер деңгейінде жұмыс істейтін модельдеу әдісі деп анықтайды. Үлгіде әрбір бірлік бірегей идентификаторы және оған байланысты атрибуттар жиынтығын қамтитын жазбамен бейнеленеді, мысалы, белгілі жас, жыныс, отбасылық жағдайы және жұмыс істеу жағдайы бар адамдардың тізімі; немесе белгілі бастапқы және соңғы нүктелері, сондай-ақ пайдалану сипаттамалары бар көлік құралдарының тізімі. Содан кейін ережелер жиынтығы (көшу ықтималдықтары) осы бірліктерге қолданылады, нәтижесінде жағдай мен мінез-құлықтың симуляцияланған өзгерістері пайда болады. Бұл ережелер детерминистік (ықтималдық = 1) болуы мүмкін, мысалы, салық ережелерінің өзгеруінен туындаған салық міндеттемелерінің өзгеруі, немесе стохастикалық (ықтималдық <= 1) болуы мүмкін, мысалы, белгілі бір уақыт аралығында өлу, үйлену, бала туу немесе көшіп кету мүмкіндігі. Екі жағдайда да нәтиже – бұл ережелерді қолданудың нәтижелерін бағалау, мүмкін көптеген уақыт кезеңдерінде, соның ішінде жалпы жиынтық өзгерістер және (маңыздысы) осы өзгерістердің модельделетін популяцияда немесе аумақта қалай таралуы.
Жол қозғалысын микросимуляциялау
Микросимуляция сонымен қатар трафикті модельдеуде қолданылады және TransModeler, PTV VISSIM, TSIS CORSIM, Cube Dynasim, LISA+, Quadstone Paramics, SiAS Paramics, Simtraffic, Aimsun және MATSim сияқты бағдарламалық жасақтамалармен сипатталады. LINSIG, TRANSYT, TRANSYT 7F немесе SIDRA INTERSECTION сияқты аналитикалық модельдеу бағдарламалық жасақтамасы жол қозғалысы модельдерінің элементтерінің комбинацияларын көрсететін математикалық алгоритмдерге негізделген модельдердің басқа класын білдіреді. Жол қозғалысын микросимуляциялау модельдері алдын ала белгіленген жол желісі ішіндегі жеке көлік құралдарының мінез-құлқын симуляциялайды және жол қозғалысының өзгеруінен немесе физикалық ортаның өзгеруінен туындайтын жол қозғалысы үлгілеріндегі өзгерістердің ықтимал әсерін болжау үшін қолданылады. Микросимуляция ең үлкен күшін тығыз жол желілерін модельдеуде, өйткені ол кезекке тұру жағдайларын симуляциялай алады. Микросимуляциялық модельдер жоғары қанығу деңгейінде, тіпті толық кептеліске дейін нәтиже береді. Бұл мүмкіндік осы типті модельдерді қалалық аудандар мен қала орталықтарында, соның ішінде алмасулар, айналма жолдар, сигналсыз және сигналмен реттелген қиылыстар, сигналдармен үйлестірілген бағыттар мен аймақтық желілердегі трафик ағынын талдау үшін өте пайдалы етеді. Микросимуляция физикалық ортадағы тіпті шағын өзгерістерді де көрсетеді, мысалы, қадамдардың тарылуы немесе тоқтау сызықтарының орнының ауысуы. Соңғы жылдары микросимуляциялық модельдеу 3D-анимация арқылы болжамды трафик мінез-құлқын визуалды түрде көрсету қабілетіне байланысты назар аударуда, бұл саясаткерлер мен жалпы халық сияқты мамандар емес адамдарға ұсынылып отырған жобаның әсерін толық бағалауға мүмкіндік береді. Бұл салада микросимуляциялық модельдердің деректерін кинематографиялық сападағы 3D-анимациямен және виртуалды шындықпен біріктіру арқылы Жапониядағы FORUM8 сияқты компаниялар одан әрі жетістіктерге жетеді.
Жаяу жүргіншілерді немесе көпшілікті микросимуляциялау
Жаяу жүргіншілерге немесе агенттік микромодельдеуге негіделген симуляциялар соңғы жылдары салаларда қолданылу мен қабылдану деңгейі артып келеді; бұл жүйелер кеңістікте қозғалатын жеке адамдардың мінез-құлқының симуляциясына, сондай-ақ кеңістіктің пайдалану деңгейі, қызмет көрсету сапасы, тығыздық, жиналу және наразылық сияқты көрсеткіштерге баса назар аударады. Көптеген қазіргі көлік микромодельдеу бағдарламалық құралдары көлік компоненттерін және жаяу жүргіншілерді біріктіре отырып, толыққанды жүйе құруда, ал көптеген өтпелі көпшілік симуляциясы құралдары кең ауқымды қалалық кеңістіктерді жобалау үшін жетілдіріліп жатыр.
Денсаулық сақтау ғылымдарында микросимуляция
Денсаулық сақтау ғылымдарында микросимуляция жеке өмір тарихын құрайды. Бұл техника, халықтың үлестерінің ("қойма және ағын" типіндегі модельдеу, макросимуляция) қызығушылық тудыратын жүйені жеткілікті түрде сипаттай алмайтын жағдайларда қолданылады. Модельдеудің бұл түрі міндетті түрде жеке адамдар арасындағы өзара әрекеттестікті қамтымайды (жоғарыда сипатталғандай) және осы жағдайда жеке адамдарды бір-бірінен тәуелсіз жасай алады, сондай-ақ дискретті уақыт кезеңдерінің орнына үздіксіз уақытпен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Денсаулық сақтау ғылымдарындағы микросимуляция модельдерінің бірнеше мысалы АҚШ Ұлттық қатерлі ісік институтының CISNET бағдарламасында (http://cisnet.cancer.gov/) біріктірілген. Канадада Population Health Model (POHEM) – диабет, жүрек-қан тамырлары аурулары және артрит сияқты бірнеше созылмалы ауруларды зерттейтін кең таралған платформа.
Ғарыштық микросимуляция
Микросимуляцияға экономикалық және денсаулық сақтау тәсілдері қоршаған ортаның, экономиканың немесе саясаттың белгілі бір адамдар тобына тигізетін әсерін түсінуге көмектеседі. Дегенмен, көптеген өзгерістердің әсері жағдайға байланысты, яғни бірдей өзгеріс (мысалы, табыс салығы мөлшерлемелеріндегі) кейбір аймақтарда қажетті нәтижелер берсе, басқаларында керісінше болуы мүмкін. Осы түсінік кеңістіктік микросимуляция тәсілдерінің негізін құрайды. Кеңістіктік микросимуляция термині белгілі бір аумақта тұратын адамдардың ерекшеліктерін, сол аумақ туралы белгілі болған шектеулі айнымалылар негізінде шамамен анықтауға мүмкіндік беретін әдістер жиынтығын білдіреді. Эконометриялық микросимуляция сияқты, кеңістіктік микросимуляция да динамикалық немесе статикалық болуы мүмкін, сондай-ақ өзара әрекеттесетін немесе пассивті бірліктерді қамтуы мүмкін. Гай Оркатт кеңінен кеңістіктік микросимуляцияның авторы ретінде танылады. Кеңістіктік микросимуляцияға жоғары есептеу қуаты және деректердің көп мөлшері қажет, сонымен қатар модельдерді құру үшін компьютерлік бағдарламалау білімі де қажет. Осы себептерге байланысты бұл әдіс кеңінен қолданылмайды. Алайда, академиялық география және оған қатысты пәндерде кеңістіктік микросимуляция бойынша жарияланымдар санының жылдам өсуіне бірқатар факторлар ықпал етті. Оларға мыналар жатады:
Қуатты жеке компьютерлердің қолжетімділігі және төмен құны. Микросимуляциялық модельдерді жасауға болатын, пайдаланушыға ыңғайлы және төмен құнды компьютерлік бағдарламалардың пайда болуы. Мысалдарға R, Java және Python жатады, олардың әрқайсысы ашық кодты бағдарламалық қамтамасыз ету ретінде жіктеледі. Үкіметтердің, корпорациялардың және коммерциялық емес ұйымдардың деректерді жинау жұмысын жақсарту. Деректерге қолжетімділікті арттыру.
Бағдарламалау тілдері мен платформалары
Тақырыпқа арналған бағдарламаларға қоса, жалпы мақсаттағы бағдарламалау тілдері де бар (көлік симуляциясын қараңыз). Мысалдарға JASmine, LIAM2, MODGEN және OpenM++ кіреді.